При проектировании высокоскоростных печатных плат (PCB) правильный выбор слоев является ключевым фактором для обеспечения целостности сигналов, минимизации перекрестных помех и достижения оптимальной электромагнитной совместимости (EMC). Для стандартной шестислойной платы толщиной 1,6 мм выбор подходящей структуры может значительно повлиять на производительность. Ниже представлен анализ распространенных структур шестислойных плат и их применимость для высокоскоростных проектов.
Стандартная структура шестислойной платы
Типичная шестислойная плата состоит из двух основных слоев и двух медных фольг, соединенных полужестким клеем (PP). Эта структура широко используется для обычных печатных плат, не требующих высокоскоростных сигналов.
Анализ структур
Структура 1: Top-GND-Signal_1-Signal_2-VCC-Bottom
- Особенности:
- Слои земли (GND) и питания (VCC) обеспечивают эффективное экранирование.
- Слои Top и Bottom хорошо изолированы от Signal_1 и Signal_2.
- Расстояние между Signal_1 и Signal_2 более 20 mil для снижения перекрестных помех.
- Преимущества:
- Отличное экранирование между слоями, снижение внешних помех.
- Подходит для проектов с умеренной плотностью трассировки.
- Недостатки:
- Требует процесса производства восьмислойной платы (так называемая «ложная восьмислойная» плата).
Структура 2: Top-Signal_1-GND-VCC-Signal_2-Bottom
- Особенности:
- Полное соединение слоев земли и питания обеспечивает стабильное питание.
- Сигнальные слои (Signal_1 и Signal_2) расположены ближе к слоям Top и Bottom.
- Преимущества:
- Подходит для низкочастотных проектов.
- Простота изготовления.
- Недостатки:
- Более высокая вероятность перекрестных помех из-за недостаточной изоляции между Signal_1 и Signal_2.
- Ограниченное экранирование.
Структура 3: Top-GND-Signal_1-VCC-GND-Bottom
- Особенности:
- Дополнительный слой GND между Signal_1 и VCC улучшает экранирование.
- Уменьшено количество сигнальных слоев (на один меньше по сравнению с другими структурами).
- Преимущества:
- Отличная защита от перекрестных помех.
- Идеально подходит для проектов с высокоскоростными сигналами, требующими надежного экранирования.
- Недостатки:
- Сниженное количество сигнальных слоев может ограничить пространство для трассировки.
Выбор подходящей структуры
Выбор структуры зависит от требований цепи, скорости сигнала и соображений помех:
- Для высокоскоростных сигналов:
- Если трассировка может быть выполнена на одном сигнальном слое, структура 3 является лучшим вариантом благодаря превосходному экранированию.
- Для сигналов средней скорости или высокой плотности трассировки:
- Структура 1 — наиболее сбалансированный выбор, обеспечивающий эффективное экранирование при наличии нескольких сигнальных слоев.
- Для низкоскоростных сигналов или бюджетных проектов:
- Структура 2 проще и экономичнее, но менее эффективна для высокоскоростных приложений.
Практический пример
Встраиваемая материнская плата RK3399 использует структуру 1, обеспечивая оптимальную производительность для высокоскоростных интерфейсов. Основные характеристики:
- Импеданс: Однополюсный 50Ω, дифференциальный 90Ω/100Ω.
- Предотвращение перекрестных помех: Расстояние 40 mil между слоями Signal_1 и Signal_2.
Такой подход эффективно изолирует высокоскоростные сигналы и минимизирует перекрестные помехи, что делает его идеальным для встроенных приложений.
Ключевые моменты проектирования высокоскоростных PCB
- Целостность сигнала: Используйте правильные расстояния и экранирование для сохранения качества сигнала.
- Снижение перекрестных помех: Обеспечьте достаточное разделение слоев и избегайте ненужных переходных отверстий.
- Целостность питания: Оптимизируйте соединение GND и VCC для стабильной работы.
- Согласование импеданса: Соблюдайте правила проектирования для контролируемой трассировки импеданса.
Тщательно выбирая структуру слоев в зависимости от требований цепи, инженеры могут обеспечить надежное и высокоэффективное проектирование печатных плат.
